專利名稱：一種提高光伏組件輸出功率的方法及電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光伏發(fā)電技術領域，具體涉及一種提高光伏組件輸出功率 的方法及電路，適用于光伏組件最大功率跟蹤。
背景技術：
隨著能源危機和環(huán)境問題的日益嚴峻，世界各國開始大力開發(fā)和應用 清潔的可再生能源，其中以太陽光為能源的光伏發(fā)電技術作為解決能源危 機和環(huán)境問題，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要策略得到了廣泛的研究和應用。
在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏組件將太陽能轉化為直流電能，再由 電力電子變換器將直流電能變換為負載需要的各種形式的電能。由于光伏
陣列輸出的電流-電壓(I-V)和功率-電壓(P-V)特性呈非線性、具有最大
功率點，而且其最大功率點隨著光照和環(huán)境溫度等因素變化，為了提高系 統(tǒng)的能量轉化效率，必須采用適當?shù)淖畲蠊β庶c跟蹤算法控制光伏發(fā)電變 換器，保證系統(tǒng)總是運行在光伏組件最大功率點。
在光照條件一致的情況下，光伏組件的P-V特性曲線只有一個最大功
率點，如圖1所示。然而，光伏發(fā)電系統(tǒng)周圍的建筑物和樹木等容易在光
伏組件上形成局部陰影，在局部陰影條件下，光伏組件的P-V特性曲線將 出現(xiàn)多個極值點，如圖2所示。常用的最大功率點跟蹤算法包括固定電壓 或電流跟蹤法、爬山法、擾動觀察法和導納增量法等在局部陰影條件下， 通常容易陷入局部極值點，并不能保證光伏組件運行在真正的全局最大功率點。目前大多數(shù)最大功率點跟蹤相關的專利都是針對光伏組件P-V特性 只有單個極值點的情況，如周德佳等2006年申請的中國專利CN 1862942A 等等。人們也已經(jīng)針對局部陰影條件下光伏組件的最大功率點(MPP)跟 蹤做了一些研究工作，提出了一些局部陰影條件下的全局最大功率跟蹤算 法，這些算法存在一個共同的不足被動的搜索光伏組件的全局最大功率 點，算法的實現(xiàn)比較復雜，且實際獲得的能量遠小于當前光伏組件可輸出 的能量。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種提高光伏組件輸出功率的方法和裝置，有 效提高了光伏組件在局部陰影條件下的能量轉化效率，將其應用于光伏組 件的最大功率點跟蹤方法中，可避免常規(guī)跟蹤方法陷入局部極值點。
一種提高光伏組件輸出功率的方法，具體為將光伏組件中串聯(lián)的光 伏電池元平均分組，保證相鄰兩光伏電池元組的輸出電壓比值等于它們的 最大功率點電壓比值。
針對光伏電池元平均分為兩組的情況，本發(fā)明提供了一種有源P-V特 性校正電路，包括P溝道MOSFET管S。 N溝道MOSFET管S2、電感k 和兩個電容d， C2，其中P溝道MOSFET管S,的漏極與N溝道MOSFET 管S2的漏極串接為MOSFET橋臂，兩個電容d， C2串接成電容橋臂， MOSFET橋臂與電容橋臂并聯(lián)，兩MOSFET管的相接點與兩電容的相接點 通過電感Lt連接。本發(fā)明的技術效果體現(xiàn)在在由兩組數(shù)量相同的光伏電池元串聯(lián)，并 分別并聯(lián)兩個旁路二極管的光伏組件中，當存在局部陰影時，兩組光伏電 池元的中部分旁路二極管可能導通，導致被旁路的光伏電池元的能量損失， 大大降低了光伏組件的能量轉化效率，同時光伏組件的輸出P-V特性曲線 出現(xiàn)多個極值點，常規(guī)的最大功率點跟蹤算法容易陷入局部極值點，造成 能量損失。應用本發(fā)明的主動最大功率點跟蹤方法和電路可控制光伏組件 中兩組電池元的輸出電壓比例為其最大功率點電壓之比，從而保證每組光 伏電池元均工作在最大功率點，提高了光伏組件的能量轉化效率，同時光 伏組件的輸出P-V特性曲線只有一個最大功率點，采用常規(guī)的最大功率點 算法即可搜索到全局最大功率點。
圖3中曲線a為未經(jīng)過校正的光伏組件的P-V特性曲線，曲線b為校 正后的光伏組件的P-V特性曲線。由圖3可以看出經(jīng)過有源P-V特性曲線 校正之后，光伏組件的P-V特性曲線只有一個極值點，且最大功率點的輸 出功率比未校正前大大增加。
圖1為光照條件一致情況下光伏組件的P-V特性曲線示意圖； 圖2為局部陰影條件下光伏組件的P-V特性曲線示意圖； 圖3為經(jīng)有源P-V特性校正電路校正前后的光伏組件的P-V特性曲線 示意圖；圖6為有源P-V特性校正電路結構圖7為應用有源P-V特性校正電路的主動最大功率點跟蹤方法流程圖； 圖8為調(diào)用常規(guī)最大功率點跟蹤方法示意圖。
具體實施例方式
下面以光伏組件中的電池元均分為兩組為例，詳細說明實現(xiàn)本發(fā)明方
法的有源P-V特性校正電路及工作原理。
圖4為應用有源P-V特性校正電路的主動最大功率點跟蹤系統(tǒng)，系統(tǒng) 包括光伏組件l、有源P-V特性校正電路2、 DC-DC變換器3、負載4和最 大功率點跟蹤控制器5。光伏組件l的內(nèi)部接線圖如圖5，有源P-V特性校 正電路2的具體電路如圖6。
光伏組件1為具有以下特征的商用光伏組件由大量光伏電池元串聯(lián) 構成，平均分為兩組，分別并聯(lián)兩個旁路二極管。光伏組件的正極、兩個 旁路二極管的中點和光伏組件的負極分別為光伏組件1的"+"端、"A"端 和"-"端。
有源P-V特性校正電路2由一個P溝道MOSFET管S。 一個N溝道 MOSFET管S2、 一個電感L,和兩個電容構成d與C2，其中S,的漏極與 S2漏極相連，串聯(lián)為一個MOSFET橋臂，兩個電容串聯(lián)連接構成一個電容 橋臂，MOSFET橋臂與電容橋臂并聯(lián)連接，MOSFET橋臂的中點與電容橋 臂的中點通過電感Li連接。S,的源極、電容橋臂的中點和S2的源極分別為 有源P-V特性校正電路的"+"端、"A"端和"-"端，兩個MOSFET的兩 個柵極為驅(qū)動信號輸入端。光伏組件1的"+"端、"A"端和"-"端分別對應與有源P-V特性校 正電路2的"+"端、"A"端和"-"端相連。有源P-V特性校正電路2接 在光伏組件1和DC-DC變換器3之間。
DC-DC變換器3為可滿足光伏組件能量變換要求的不同電路拓撲，負 載4可為蓄電池或后級并網(wǎng)逆變器等不同負載。
最大功率點跟蹤控制器5以單片機或者數(shù)字信號處理器為核心實現(xiàn)， 采集光伏組件輸出的電壓和電流實現(xiàn)常規(guī)的擾動觀察法和導納增量法等不 同最大功率點跟蹤算法。最大功率點跟蹤控制器5輸出兩路互補的驅(qū)動信 號驅(qū)動有源P-V特性校正電路2中的S,和S2。最大功率點跟蹤控制器5控 制DC-DC變換器3的占空比使光伏組件運行在最大功率點。
最大功率點跟蹤控制器5中的主動最大功率點跟蹤方法流程如圖7所 示，其中調(diào)用常規(guī)最大功率點跟蹤(MPPT)子程序流程參見圖8，詳細說 明如下
(1) 初始化有源P-V特性校正電路2中SpS2的占空比DS1=DS2=50%， 并使得Si和S2的驅(qū)動互補；
(2) 調(diào)用MPPT子程序調(diào)用常規(guī)的最大功率點跟蹤算法，搜索光伏 組件l的當前最大功率點，控制DC-DC變換器3的占空比，使其運行在當 前最大功率點；
(3) 優(yōu)化Dst和Ds2:在滿足S,和S2的驅(qū)動互補條件下，以1%的增 量擾動S,的占空比，核算擾動前后光伏組件1輸出功率的增減情況，功率 增加則以原來的擾動方向繼續(xù)擾動，功率減小則以反方向繼續(xù)擾動，當光 伏組件1相鄰兩拍的輸出功率差分的符號相反時，停止擾動Si的占空比。
權利要求
1、一種提高光伏組件輸出功率的方法，具體為將光伏組件中串聯(lián)的光伏電池元平均分組，保證相鄰兩光伏電池元組的輸出電壓比值等于它們的最大功率點電壓比值。
2、 根據(jù)權利要求1所述的提高光伏組件輸出功率的方法，其特征在于，將光伏組件中串聯(lián)的光伏電池元平均分為兩組。
3、 一種實現(xiàn)權利要求2所述方法的電路，其特征在于，包括P溝道MOSFET管(S。、 N溝道MOSFET管(S2)、電感(")和兩個電容(d，C2)，其中P溝道MOSFET管(S》的漏極與N溝道MOSFET管(S2)的漏極串接為MOSFET橋臂，兩個電容(C" C2)串接成電容橋臂，MOSFET橋臂與電容橋臂并聯(lián)，兩MOSFET管的相接點與兩電容的相接點通過電感(L,)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高光伏組件輸出功率的方法，將光伏組件中串聯(lián)的光伏電池元平均分組，保證相鄰兩光伏電池元組的輸出電壓比值等于它們的最大功率點電壓比值。針對光伏電池元平均分為兩組的情況，本發(fā)明提供了校正電路，包括P溝道MOSFET管、N溝道MOSFET管、電感和兩個電容，其中P溝道MOSFET管的漏極與N溝道MOSFET管的漏極串接為MOSFET橋臂，兩個電容串接成電容橋臂，MOSFET橋臂與電容橋臂并聯(lián)，兩MOSFET管的相接點與兩電容的相接點通過電感連接。本發(fā)明有效提高了光伏組件在局部陰影條件下的能量轉化效率，將其應用于光伏組件的最大功率點跟蹤方法中，可避免常規(guī)跟蹤方法陷入局部極值點。
文檔編號H02N6/00GK101599719SQ20091006293
公開日2009年12月9日 申請日期2009年6月30日 優(yōu)先權日2009年6月30日
發(fā)明者劉邦銀, 勇 康, 段善旭 申請人:華中科技大學